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解开多年来闪电之谜：冰真能产生电？科学家找到背后机制了
科技新报／ 记者 林妤柔
你相信冰能产生电力吗？虽然让人难以置信，但根据《Nature Physics》上一项新研究指
出，科学家发现普通的冰其实具有“挠曲电性”（flexoelectricity），亦即当弯曲或变
形冰块时，它就能产生电力。
这项发现由巴塞隆纳自治大学（UAB）、西安交通大学，以及纽约石溪大学（Stony
Brook University）的研究团队完成。这也能解释自然界现象，例如雷雨中闪电的形成。
ICN2 氧化物奈米物理小组成员、研究主导之一的博士 Xin Wen 指出，冰在任何温度下都
能因机械应力而产生电荷，另外还在 -113 ºC（160K）以下的低温，鉴定出一层薄薄的
铁电层，意味着冰的表面能形成自然的电极化，并且在外部电场作用下可以被翻转，如磁
铁 N、S 极能反转一样。
Xin Wen 继续说道，这也表示冰产生电力的方式不只一种，而是两种：在极低温下展现铁
电性，以及更高温（如接近 0ºC）展现挠电性。
这种特性让冰的表现像极二氧化钛（Titanium Dioxide），即一种应用在传感器与电容器
等的高科技装置中的材料。
解开科学家多年的闪电之谜
这项发现也为气象学长久以来的一个谜团提供解释。
科学家们都知道，当冰粒子在暴风雨的云层中相互碰撞时，会累积形成电荷，进而引发闪
电。这些冰粒子碰撞会产生电荷，最终以闪电的形式爆发，但充电过程中的背后机制却不
明朗。
也因此，科学家始终无法解释这些冰晶碰撞如何引发火花、产生闪电的？但事实上，冰虽
不是压电体（piezoelectric），挤压它不会产生电流，但关键或许不在“挤压”，而是
“弯曲”。
ICN2 氧化物奈米物理组负责人 Gustau Catalán 进行了可能改变气象学理解的实验。他
表示，“研究期间，我们测量了弯曲冰板时产生的电位，结果与之前在雷暴冰粒子碰撞时
观测到的现象一致”。
冰有望做为主动材料？
为了测试冰的挠曲电性，研究人员将一块冰放在两块金属板之间，并连接到测量装置。当
他们弯折冰块时，果然产生了电讯号，与雷雨中冰粒子碰撞时的现象极为相似。
研究结果显示，这种由挠曲电性引发的火花，可能有助于解释雷雨云如何带电，以及闪电
是如何形成的。
目前研究人员正进一步探索，这种冰的奇特现象能否应用在现实科技中，例如推动以冰做
为主动材料的电子设备，专为极地、高海拔地区或冰冻卫星环境等传统电子产品难以运作
的环境制造。
虽然仍处于早期研究阶段，但这项发现或许能让冰，从单纯的冷却物，摇身一变成为未来
创新材料。
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